[发明专利]一种石墨烯吡啶功能化的方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯吡啶功能化的方法。这种方法包括以下步骤：1)将氧化石墨烯分散液和氨水混合，进行水热反应；2)将步骤1)得到的水热产物洗涤后，在碱性条件下与卤素单质进行活化反应；3)将步骤2)活化后得到的产物洗涤后，与羰基化合物在溶剂中反应，所得产物过滤，洗涤，干燥，得到吡啶功能化的石墨烯。本发明采用液相合成的办法，在氨基化的石墨烯基础上将石墨烯进行吡啶基团功能化，发展基于液相化学的精准氮掺杂手段，为制备高活性的ORR催化剂提供新途径。本发明制备所得的吡啶功能化石墨烯材料在燃料电池、催化及传感器等领域具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯吡啶功能化的方法。

背景技术

燃料电池正极材料常采用稀有金属Pt作为电极催化氧还原反应(ORR)过程，但是金属Pt昂贵、且在地球上储量有限，是制约燃料电池走向产业化的一大瓶颈。因此寻找高ORR活性的材料来替代金属Pt以降低成本是燃料电池产业化过程中的一大关键因素。

石墨烯是一种由单层碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状二维材料，具有良好的导电、导热和力学性能，是继C60和碳纳米管之后人们发现的又一种新型碳材料。自问世以来，石墨烯掀起了世界范围内的研究热潮，其独特的光学、电学、热学、力学和化学特性引起了各个领域的广泛关注。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯吡啶功能化的方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种石墨烯吡啶功能化的方法，包括以下步骤：

1)将氧化石墨烯分散液和氨水混合，进行水热反应；

2)将步骤1)得到的水热产物洗涤后，在碱性条件下与卤素单质进行活化反应；

3)将步骤2)活化后得到的产物洗涤后，与羰基化合物在溶剂中反应，所得产物过滤，洗涤，干燥，得到吡啶功能化的石墨烯；

羰基化合物的结构通式为：R-C(＝O)-CH2-R’；式中，R、R’独立地为氢原子、烷基、环烷基、芳基或含有杂原子的基团。

步骤1)中，氧化石墨烯分散液的浓度为1mg/mL～10mg/mL。

步骤1)中，水热反应的温度为160℃～240℃，反应时间为6h～24h。

步骤2)中，卤素单质与水热产物中氮元素的摩尔比为(2～6)：1。

步骤2)中，卤素单质为Cl2、Br2中的至少一种。

步骤2)中，活化的温度为0℃～90℃，活化时间为30min～120min。

步骤3)中，羰基化合物为乙酰乙酸乙酯、丁酮中的至少一种。

步骤3)中，溶剂为乙醇或乙酸。

步骤3)中，反应的温度为0℃～60℃，反应时间为3h～24h。

这种方法制备得到的吡啶功能化石墨烯材料。

本发明的有益效果是：

本发明采用液相合成的办法，在氨基化的石墨烯基础上将石墨烯进行吡啶基团功能化，发展基于液相化学的精准氮掺杂手段，为制备高活性的ORR催化剂提供新途径。本发明制备所得的吡啶功能化石墨烯材料在燃料电池、催化及传感器等领域具有很好的应用前景。

具体实施方式

一种石墨烯吡啶功能化的方法，包括以下步骤：